环状RNAs在狼疮肾炎肾组织中表达谱及差异表达的环状RNAs的应用研究

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目的:系统性红斑狼疮(Systemic lupus erythematosus,SLE)是一种慢性自身免疫性疾病,可累及多个器官和组织。狼疮肾炎(Lupus nephritis,LN)是SLE最常见的并发症之一。尽管近几十年随着新型免疫抑制剂和单克隆抗体等的临床应用,SLE的10年生存率已超过90%,但LN的发病率仍居高不下保持在31-82%。而且10-30%的LN(所有分型)患者,以及44%的IV型LN患者15年内会发展为终末期肾脏病(End stage renal disease,ESRD)而需要肾脏替代治疗,给社会带来巨大的经济负担。因此明确LN的发生发展机制,探索精准靶向治疗可能减少LN的发生率,减缓甚至阻止LN进展为ESRD。环状RNA(Circular RNAs,circRNAs)是一种新发现的内源性闭环状的单链非编码RNA,由mRNA前体反向剪接通过共价键结合形成。circRNAs结构特殊,表达丰富,已被证实参与多种疾病的发生发展。目前关于circRNAs的研究主要聚焦在肿瘤与心血管等疾病中,而在肾脏病中罕见报道。本课题旨在1)探索LN患者肾组织中circRNAs的表达谱并分析差异表达的circRNAs与LN活动性指标的相关性;2)研究差异表达的circRNAs的实际临床应用价值;3)分析差异表达的circRNAs在LN动物模型中能否作为防治LN的新靶点。研究方法:1.LN患者肾组织中circRNAs表达谱研究:本课题使用病例对照研究,纳入7例(6例女性)经肾活检病理确诊的IV型LN患者的肾组织作为疾病研究组,6例(5例女性)肾癌患者距癌组织至少5 cm以上的肾组织作为正常对照(Normal control,NC)。提取肾组织RNA,进行circRNAs富集,通过RNA高通量测序(RNA-sequencing,RNA-seq)研究两组肾组织差异表达的circRNAs,使用RT-qPCR对差异表达的circRNAs进行验证。通过生物信息学数据库TargetScan和miRanda预测差异表达的circRNAs所调控的微小RNA(MicroRNAs,miRNAs),使用KEGG pathway和GO分析预测差异表达的circRNAs所参与的生物学功能和信号通路。我们进一步分析LN肾组织中上调幅度最大的circHLA-C的表达水平与LN患者临床和病理活动性指标的相关性,探索与circHLA-C具有完美结合位点的mi R-150的表达变化。2.LN患者外周血单个核细胞中circHLA-C的临床意义研究:纳入25例经肾活检病理确诊的LN患者和12例NC,留取全血,分离外周血单个核细胞(Peripheral blood mononuclear cells,PBMCs)和血浆标本,提取RNA,检测circHLA-C的表达水平,分析LN患者PBMCs中circHLA-C表达水平与临床指标的相关性,使用受试者工作特征曲线(Receiver operating characteristic curve,ROC curve)分析PBMCs中circHLA-C作为LN诊断标志物的效能。3.应用Fcgr2b-敲除自发LN模型小鼠,探索RNA-seq中获得的4个在LN中升高且具有人鼠同源的circRNAs和miR-150在小鼠肾组织中的表达及潜在的基础应用价值研究:选择40周龄雌性Fcgr2b敲除(Fcgr2b-Knock out,Fcgr2b-KO)和野生型(Wild type,WT)小鼠,收集血清和肾组织,应用酶联免疫吸附测定血清SLE特异性抗体:抗核抗体(Anti-nuclear antibody,ANA)和抗双链DNA(anti-dsDNA)抗体的水平;检测确认SLE累及肾脏的指标:尿蛋白/肌酐比值;肾组织PAS染色观察小鼠肾脏形态变化;利用RT-qPCR技术检测肾组织中炎性因子(Tnfa、Il-6、Il-1b和Il-10)、纤维化因子(Tgfb、a-Sma、Fn、和Col4)和4个人鼠同源的circRNAs(circZNF609,circFAM188A,circUBR5和circPDE4B)以及miR-150的表达情况及上述指标间的相关性。结果:1.因LN好发于女性,因此本部分的结果来均自所有女性研究对象。与NC相比,LN肾组织中存在171个差异表达的circRNAs,其中,142个表达上调,29个下调。选取其中10个差异表达的circRNAs经RT-qPCR验证,7个与RNA-seq结果一致。经生物信息学网站分析,上调和下调的各前20位circRNAs均存在至少5种miRNAs结合位点。KEGG pathway和GO分析显示,差异表达的circRNAs可能通过缺氧诱导因子-1(Hypoxia inducible factor-1,HIF-1)和Neurotrophin信号通路参与LN的发生发展。与NC相比,LN肾组织中circHLA-C的表达量最高,并与患者的24小时尿蛋白定量(R=0.920,P=0.009),血清肌酐(R=0.756,P=0.082),肾活检病理中新月体肾小球比例(R=0.929,P=0.007)以及肾脏活动指数评分(R=0.884,P=0.020)呈正相关。与NC相比,LN肾组织中circHLA-C下游的miR-150表达下调,与circHLA-C存在负相关趋势(R=–0.409,P=0.211)。2.与NC相比,LN患者PBMCs中circHLA-C表达升高(1.91±1.23 vs 1.00±0.89,P<0.05),血浆中circHLA-C表达未见统计学差异。ROC曲线分析PBMCs中circHLA-C诊断LN的效能,曲线下面积为0.733(95%CI:0.563-0.903,P<0.05)。LN患者PBMCs中circHLA-C与抗dsDNA抗体(R=0.734,P<0.0001)、SLE疾病活动指数评分(R=0.742,P<0.0001)、24小时尿蛋白定量(R=0.628,P<0.001)、血清肌酐(R=0.532,P<0.01)呈正相关性,与评估的肾小球滤过率呈负相关(R=–0.492,P<0.05),与血清C3(R=–0.420,P<0.05)和C4(R=–0.464,P<0.05)均呈负相关,且具有统计学差异。3.40周龄雌性Fcgr2b-KO小鼠表现为自发LN,与同龄Fcgr2b-WT小鼠相比,表现为血清ANA和抗dsDNA抗体显著升高(均P<0.0001),尿蛋白/肌酐比值升高(P=0.0005),肾脏病理出现典型LN样改变,如肾小球弥漫性增殖及分叶改变。RT-qPCR结果显示,与Fcgr2b-WT小鼠相比,Fcgr2b-KO小鼠肾脏炎性因子(Tnfa、Il-6、Il-1b和Il-10)和纤维化因子(Tgfb、a-Sma、Fn、和Col4)均明显上调。然而,与Fcgr2b-WT小鼠相比,Fcgr2b-KO小鼠中4种人鼠同源性的circRNAs(circZNF609,circFAM188A,circUBR5和circPDE4B)均未见差异性表达。但Fcgr2b-KO小鼠肾组织中miR-150表达增高(1.53±0.64 vs 1.00±0.36,P<0.05),且肾组织中miR-150的表达与生化指标抗dsDNA(R=0.568,P=0.009)、ANA(R=0.452,P=0.045)呈正相关,与尿蛋白/肌酐比值具有相关性趋势(R=0.398,P=0.082);与炎症因子Tnfa(R=0.607,P=0.005),Il6(R=0.491,P=0.028),Il1b(R=0.534,P=0.015)和Il10(R=0.530,P=0.016)均呈正相关;与纤维化因子Tgfb(R=0.472,P=0.036),a-Sma(R=0.489,P=0.029),Fn(R=0.447,P=0.048)均呈正相关,且具有统计学差异,与Col4(R=0.365,P=0.114)具有正相关趋势。结论:1.我们的数据首次在国际发表并提供了LN患者肾脏circRNAs表达谱分析,以及LN中circRNAs和mi RNAs之间的相互作用网络。上调幅度最大的circHLA-C和LN疾病活动性指标之间存在显著的正相关性,表明circHLA-C在LN的发病机理中起着重要作用。提示肾脏circHLA-C可能参与LN的发展。2.LN患者PBMCs中circHLA-C表达升高,且与多个LN活动临床指标之间存在相关性,提示PBMCs中circHLA-C有望成为LN诊断新的生物标志物。3.40周龄雌性Fcgr2b-KO小鼠表现为典型的LN样改变,同时肾脏炎症与纤维化共存。然而我们检测的LN患者中差异表达的4个circRNAs在LN小鼠模型中未见差异表达,提示circRNAs的物种特异性。4.Fcgr2b-KO小鼠肾脏miR-150表达上调,且肾脏中miR-150的表达与LN活动指标,炎性因子以及纤维化因子具有相关性,补充证实了我们既往研究LN患者肾组织中miR-150参与LN的发生发展。
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